вопросы об электричестве
Nov. 25th, 2012 04:11 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
avvaПытаюсь лучше понять, как устроено электричество в простых цепях. В частности, я понял, что не понимаю микроскопическую картину того, как возникает ток при замыкании цепи. Например, я подключил к батарее лампочку, и цепь на данный момент раскрыта ключом. Я замыкаю цепь; что конкретно происходит с электронами и полями?
Изучил несколько разъяснений и статей, которые навели некоторый порядок в голове. На сайте Уильяма Бити есть отличные очерки Electricity is NOT a form of energy и In a simple circuit, WHERE does the energy flow?. Вообще на его сайте есть еще много про электричество и неверные мифы о нем.
Статья Understanding Electricity and Circuits: What the Text Books Don’t Tell You еще больше помогла с прояснением микроскопической картины, и с понимаем того, как энергия переносится от батареи к лампочке не электронами в проводе, а электромагнитным полем вне провода, рядом с ним. Еще несколько источников на ту же тему: Energy transfer in electrical circuits: A qualitative account, A unified treatment of electrostatics and circuits.
Тем не менее, полного ответа на свой вопрос я, кажется, не получил. Пусть у нас есть батарея, и от ее полюсов отходят медные провода длиной, скажем, в 100 метров каждый. К одному из проводов последовательно подключена лампочка. Я подвожу концы проводов друг к другу, но еще не соединяю. Цепь разомкнута, лампочка не горит, тока нет, поэтому, если я правильно понимаю, электрического поля внутри проводов и магнитного поля вокруг них тоже нет. Теперь я замыкаю цепь.
Если я верно понял вышеописанные ссылки (если неправильно - поправьте), на поверхности проводов образуются скопления зарядов, причем неоднородные, и разница между ними на протяжении провода образует электрическое поле. Это поле движет (медленно) электроны в проводнике, что создает магнитное поле вокруг провода; это магнитное поле в сочетании с электрическим полем от зарядов на поверхности создает поток электромагнитной энергии (вектор Пойнтинга) вдоль провода, и эта энергия возвращается в каждую точку проводника ровно в той степени, в какой это место рассеивает энергию; т.е. львиная доля энергии приходится на лампочку.
Однако чего я не понял - это каким образом замыкание цепи приводит к образованию этих скоплений зарядов на поверхности проводника, откуда берется их неоднородность итд. Иными словами, что именно происходит на микроскопическом уровне в момент замыкания цепи и далее до возникновения вышеописанного стабильного состояния (если я его действительно правильно описал). Если есть знающие люди, готовые объяснить или дать ссылку на хорошие объяснения, буду рад.
Изучил несколько разъяснений и статей, которые навели некоторый порядок в голове. На сайте Уильяма Бити есть отличные очерки Electricity is NOT a form of energy и In a simple circuit, WHERE does the energy flow?. Вообще на его сайте есть еще много про электричество и неверные мифы о нем.
Статья Understanding Electricity and Circuits: What the Text Books Don’t Tell You еще больше помогла с прояснением микроскопической картины, и с понимаем того, как энергия переносится от батареи к лампочке не электронами в проводе, а электромагнитным полем вне провода, рядом с ним. Еще несколько источников на ту же тему: Energy transfer in electrical circuits: A qualitative account, A unified treatment of electrostatics and circuits.
Тем не менее, полного ответа на свой вопрос я, кажется, не получил. Пусть у нас есть батарея, и от ее полюсов отходят медные провода длиной, скажем, в 100 метров каждый. К одному из проводов последовательно подключена лампочка. Я подвожу концы проводов друг к другу, но еще не соединяю. Цепь разомкнута, лампочка не горит, тока нет, поэтому, если я правильно понимаю, электрического поля внутри проводов и магнитного поля вокруг них тоже нет. Теперь я замыкаю цепь.
Если я верно понял вышеописанные ссылки (если неправильно - поправьте), на поверхности проводов образуются скопления зарядов, причем неоднородные, и разница между ними на протяжении провода образует электрическое поле. Это поле движет (медленно) электроны в проводнике, что создает магнитное поле вокруг провода; это магнитное поле в сочетании с электрическим полем от зарядов на поверхности создает поток электромагнитной энергии (вектор Пойнтинга) вдоль провода, и эта энергия возвращается в каждую точку проводника ровно в той степени, в какой это место рассеивает энергию; т.е. львиная доля энергии приходится на лампочку.
Однако чего я не понял - это каким образом замыкание цепи приводит к образованию этих скоплений зарядов на поверхности проводника, откуда берется их неоднородность итд. Иными словами, что именно происходит на микроскопическом уровне в момент замыкания цепи и далее до возникновения вышеописанного стабильного состояния (если я его действительно правильно описал). Если есть знающие люди, готовые объяснить или дать ссылку на хорошие объяснения, буду рад.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2012-11-25 08:53 am (UTC)Электрическое поле есть.
Мне это кажется несколько странным. Если есть электрическое поле, должен быть ток; если есть ток, это не гомеостатическое положение, потому что нет замкнутой цепи! Куда деваются заряды, переносимые током?
(я попробовал ответить на это так)
Это какая то мистика. У нас есть процесс который мы можем описать как некоторый поток энергии. Он считается так. Все.
Это выглядит как мистика - энергия, вместо того, чтобы плыть по проводам, несется в воздухе рядом, в точности повторяя изгибы провода! А потом возвращается обратно в проводник! Но статьи по ссылкам, мне кажется, довольно точно описывают, как это происходит в полном согласии с законами Масквелла. Сказать, что энергия вливается в каждую точку проводника из воздуха по вектору Пойнтинга - всего лишь сказать, если я правильно понимаю, что электромагнитное поле распостраняется так, что в точном соответствии с законом Лоренца на точечный заряд проводника в этом месте действует такая-то сила.
Если не пользоваться этой картинкой, то как объяснить передачу энергии от батареи к лампочке?
no subject
Date: 2012-11-25 09:14 am (UTC)> это выглядит как мистика - энергия, вместо того, чтобы плыть по проводам, несется в воздухе рядом,
Никакой сущности под названием энергия не существует. Это офигительно удобная математическая абстракция. Электромагнитное поле есть, слабое и сильное взаимодействие есть, гравитация есть. Собственно все.
То что энергия передается, следует читать как. конфигурация полей меняется следующим образом, что если посчитать некую меру таким образом, то максимум этой характеристики переместится туда то.
> Если не пользоваться этой картинкой, то как объяснить передачу энергии от батареи к лампочке?
Для этого нет необходимость рассматривать вихри и прочее. Достаточно например знать что у нас есть поле которое создает потенциал и электроны которые стукаются часто об атомы передают энергию этого поля решетке. Да можно посчитать точнее, используя хитрые интегралы для хитроизогнутых проводов, но суть от этого не изменится. Если уж извращаться то нужно лезть в релятивистскую квантовую механику и т.д. если я не ошибаюсь у wealth что то было про электромагнитные поля на границе.
no subject
Date: 2012-11-25 12:20 pm (UTC)Это заблуждение.
Материальная частица откуда-то "знает" как реагировать на то или иное значение этой "абстракции".
Классическая формулировка "помещаем пробный заряд в исследуемое поле".
Так что, рассуждения подобные этим "энергия -- это всего лишь абстракция", свидетельствет только об одном... что говорящий подобное, сам не понимает о чем пробует говорить.
no subject
Date: 2012-11-25 05:42 pm (UTC)Да я как то и не претендую.